Leta 1938, Fermi dobil Nobelovo nagrado za fiziko za "odkritje novih radioaktivnih elementov, ki jih proizvaja nevtrona obsevanje, in za odkritje jedrskih reakcij, ki jih prinaša počasnimi nevtroni. "On in njegova družina odšel v Stockholmu na Švedskem, kjer je sprejela nagrado. Fermis nato pa emigriral v Združene države Amerike za pobeg fašističnega režima Italije. Fermi je postal profesor fizike na univerzi Columbia v 1939.
V New Yorku, Fermi slišal o sklepih, ki so Hahn, Strassmann, Meitner in Frisch dosegli. Poskuse smo ponovili na univerzi Columbia s podobnimi rezultati in sklepi, kar kaže na možnost jedrske verižne reakcije.
Medtem, Fermi in dve drugi znanstveniki, Leo Szilard in Eugene Paul Wigner, je postal zaskrbljen zaradi možnosti, da znanstveniki V nacistični Nemčiji bi dosegli verižno reakcijo in razviti atomsko orožje. World War II (1939-1945) se je začelo septembra 1939, ko je Nemčija napadla Poljsko. Skupina znanstvenikov pripravila pismo predsednik Franklin Delano Roosevelt je izrazila svoje pomisleke glede Adolf Hitler z uporabo jedrskega orožja, da bi postali na voljo. Albert Einstein podpisal pismo in ga predstavila predsednik. Od tega dogodka je razvil Manhattan Project, kodno ime za tajni znanstveno ekipo sestavil leta 1942 za razvoj atomske bombe za Združene države Amerike.
Je
Fermi prosil, da usmerjajo gradnjo prve atomske kup. On in drugi ključni znanstveniki, tudi Szilard in Wignerjeve začel delati na univerzi v Chicagu je spomladi leta 1942 pod vodstvom znanstvenikov ", delavci zgradili atomska kup, ali reaktor, pod sestojev atletske področju univerze. Na december 2, 1942, ta reaktor pripravil prvo umetno verižno reakcijo. Ta reakcija je trajala 28 minut in proizvaja 200 vatov.
V septembru 1944, Fermi preselila v Los Alamos, New Mexico, da pomaga pri zaključnih fazah gradnje atomske bombe. Bomba je eksplodirala kot test v puščavi blizu Alamagordo, New Mexico, v juliju 1945 je bil Fermi prisoten na testu, ki opravljajo zelo preprost test za določitev eksplozivno moč, ki jih spustite majhne koščke papirja. (On je v primerjavi premikan
